La teoría estándar para la descripción de la interacción gravitacional es la Relatividad General (RG). Predice la manifestación del efecto gravitacional a través de la curvatura del espacio-tiempo. Con la RG, se describen objetos astrofísicos como estrellas de neutrones, agujeros negros, efectos orbitales no explicados por la mecánica newtoniana (como el desplazamiento secular del perihelio de Mercurio), deflexión de rayos de luz (produciendo lentes gravitacionales) y efectos de corrimiento al rojo de la radiación en la proximidad de campos fuertes (que afectan la calibración del sistema GPS, por ejemplo). Las ondas gravitacionales (OG) son otra predicción de la RG, dramáticamente confirmada por la detección de OG emitidas en la coalescencia de pares de agujeros negros y estrellas de neutrones por la colaboración LIGO-VIRGO. La RG también ofrece un modelo para la dinámica del universo a gran escala, la Cosmología. Esta explica la radiación cósmica de fondo de microondas, el origen y abundancia de elementos ligeros y la estructura del universo a gran escala.

A pesar de todo su éxito, la relatividad general y la cosmología resultante presentan limitaciones. Notablemente, la RG predice singularidades y es una teoría de campos no renormalizable. A su vez, el modelo cosmológico estándar es incapaz de ofrecer una causa del Big Bang (sin el complemento de la hipótesis inflacionaria) o de elucidar la naturaleza del sector oscuro del universo.

En esta línea de investigación, contribuimos al estudio de la gravitación y sus consecuencias cosmológicas en varios aspectos. Algunos ejemplos son:

1. La descripción de la gravitación como teoría de gauge de primer y segundo orden para grupos de simetría de Lorentz y Poincaré (este tema es un punto de conexión con la línea de investigación «Teoría de Campos y Teorías de Gauge»);
2. La extensión de la RG a teorías escalar-tensoriales, que incluyen nuevos campos junto al tensor métrico para la descripción de la gravitación;
3. La extensión de la RG con la inclusión de términos de derivadas superiores en los invariantes de curvatura;
4. La física de agujeros negros (estructura causal, geodésicas, termodinámica, sombras) en el contexto de modelos de gravedad modificada y/o electrodinámica generalizada (en el caso de agujeros negros cargados);
5. La descripción de las ondas gravitacionales emitidas por sistemas binarios coalescentes en el contexto de modelos de gravedad modificada;
6. Estudio de la inflación cósmica en el contexto de modelos de gravitación extendida, sus aspectos formales (como equivalencia de marcos, etc.) y sus restricciones observacionales (usando datos del satélite Planck);
7. El estudio del universo actual con modelos de gravedad modificada (por ejemplo, involucrando derivadas superiores o acoplamientos físicos variables) y de materia modificada (por ejemplo, modelo unificado de materia oscura y energía oscura).